3D 打印 + 双频融合！华南理工大学这项天线专利，破解通信雷达核心难题

随着 5G 通信的全面普及，车载天线已从传统的 FM/AM、LTE 天线，逐步扩展到支持 5G Sub6、V2X 通信的多场景需求。但车辆主体及车顶的金属材质容易阻挡电波，导致天线性能下降；同时，如何在有限空间内实现多频段工作、平衡天线高度与性能，成为行业亟待解决的难题。LG 电子株式会社的这项车载天线组件专利（申请号：202380099495.5），给出了极具创新性的解决方案。核心创新点速览1，双面双天线布局，突破金属遮挡限制创新采用 “第一外壳 - PCB - 第二外壳” 的三明治结构，第一天线部置于第一外壳（金属车顶）与 PCB 之间，第二天线部置于第二外壳（下部盖）与 PCB 之间，通过过孔实现 PCB 正反两面连接，有效规避金属材质对电波的阻挡，即便车顶为全金属外观，也能保持稳定性能。 2，多频段协同设计，覆盖全场景通信通过第一天线部（低频段）、第二天线部（中频段）、第三天线部（Wi-Fi 频段）的组合配置，实现 4G/LTE、5G（Sub6）及 Wi-Fi（2.4GHz/5-7GHz）全频段覆盖，满足 V2V、V2I、V2P、V2N 等多元通信需求。 3，参数精准优化，平衡高度与性能通过对天线高度、与金属车顶的间隙、宽度进行阈值化设计，在将天线组件高度控制在合理范围的同时，保证天线增益达标，解决了 “高性能与低 - profile 设计” 的矛盾。 4，模块化载体设计，适配多样安装场景天线部集成于电介质载体或直接附着于外壳内侧，支持平面型安装（替代传统鲨鱼鳍天线），既提升车辆外观整体性，又能在碰撞时保障远程信息处理性能。 这项专利通过精巧的结构设计与多频段适配方案，完美解决了金属车顶遮挡、天线高度与性能平衡等行业痛点，下面结合专利附图，从整体到细节全面拆解其核心设计。1. 核心安装场景（图 2a、图 2b）专利提供两种主流安装方式，均适配金属车顶外观：车顶外置式（图 2a）：天线系统 1000 被雷达天线罩 110a 包裹，天线罩由电介质材料制成，不阻挡电波传输，同时保护天线免受外部冲击，波束方向图呈半球形，峰值覆盖水平至 30° 低仰角区域，保障行车通信稳定性。车顶内置式（图 2b）：天线系统嵌入车顶结构物 110b 内部，车顶结构物部分采用非金属电介质材料，实现完全隐藏式设计，既不破坏车辆外观整体性，又能避免碰撞时天线受损。2. 组件分解结构（图 4）天线组件 1000 的核心构成从外到内清晰可见：外壳层：第一外壳 1310 对应车辆金属车顶，第二外壳 1320 为下部盖（含结合框架 1321 和金属结构 1322），金属结构兼具散热功能，可将内部热量散发至车辆主体。核心层：PCB（印刷电路板）1200 居中配置，左侧区域下端为天线 1100（备用天线 BUA），右侧区域为 NAD 网络接入设备 1400，负责控制天线与电子部件运行。辅助结构：上部盖 1320a 的开口区域结合金属结构 1001、1002，防止车顶吸热影响天线性能；PCB 背面配置模块 PCB1200b，提升电路集成度。3. 三明治式天线布局（图 5 侧视图）这是专利的核心创新结构，实现金属车顶环境下的信号无遮挡传输：分层配置：第一天线部 1100a 位于第一外壳（金属车顶）与 PCB 第一面 S1 之间，第二天线部 1100b 位于第二外壳与 PCB 第二面 S2 之间，第三天线部 1100c 与第二天线部同处 PCB 下部空间。跨面连接：PCB 正反两面的第一点 P1 与第二点 P2 通过过孔 V1 垂直导通，使上下两层天线部形成信号通路，绕开金属车顶的电波遮挡。关键参数：第一天线部的第一高度 h1、与车顶的第一间隙 G1、第一宽度 W1，以及第二天线部的第二高度 h2、第二宽度 W2，均为性能优化核心参数。4. 天线部立体结构（图 6）清晰展示各天线部与 PCB 的连接关系：第一天线部 1100a：包含与 PCB 平行的导电图案 1110，以及垂直连接的第一连接图案 1121、第二连接图案 1122，分别与 PCB 第一面的 P1、P3 点连接，连接图案分为水平延伸段（1121a、1122a）和垂直延伸段（1121b、1122b）。第二天线部 1100b：由第二导电图案 1130（水平配置）和第三导电图案 1140（垂直配置）组成，一端通过过孔 V1 与第一天线部连通。第三天线部 1100c：第四导电图案 1150 与 PCB 平行，配置于 PCB 下部区域，实现 Wi-Fi 频段信号辐射。5，专利通过精准参数设计，平衡天线高度与性能，图 7 直观呈现参数影响规律：1. 高度与增益关系（图 7a）趋势：随着第一天线部高度 h1 从 h1a 增加到 h1b，天线增益从 - 12dBi 线性提升至 - 10dBi；继续增加到 h1c 后，增益增速放缓并趋于饱和。优化区间：高度选择 h1b（约 8.8mm）至 h1d 之间，既保证增益≥-10dBi，又避免组件高度过高。2. 间隙、宽度与频率偏移（图 7b）间隙影响：第一间隙 G1≥0.6mm 时，低频段频率偏移控制在 400MHz 以内，金属车顶对信号的干扰显著降低；选择 0.6mm 最小值可最小化组件高度。宽度影响：第一宽度 W1≥13mm 时，频率偏移呈线性稳定状态；超过 13mm 后，谐振频率减小的影响抵消耦合增强效果，因此优化值以 13.3mm 为基准。8、电介质载体集成设计（对应图 8-10）第一天线部载体集成（图 8）天线部与电介质载体的一体化设计，提升安装灵活性：载体结构：电介质载体 1010 具备侧表面 SS 和前表面 FS，导电图案 1110 形成于前表面，连接图案 1120 形成于侧表面，构成第一载体天线部。尺寸优化：载体高度 h0 从 15mm 减小至 12mm（降低 3mm），既减小系统高度，又提升结构刚性；连接图案高度 h1 以 8.8mm 为基准，匹配增益优化需求。替代方案：导电图案可直接形成于上部盖内侧 FS1，或配置于附着在上部盖的电介质载体 1010b 背面 RS，适配不同安装场景。2. 多天线部载体整合（图 9-10）图9图10实现多频段天线的紧凑集成，图 9 展示 PCB 上下部的载体配置，图 10 呈现第二电介质载体的集成结构：第二电介质载体 1010c：具备侧表面 SS 和背面 RS，第二天线部的第二导电图案 1130b 形成于背面，第三导电图案 1140 连接其上，构成第二载体天线部。重叠配置：第一天线部的连接图案 1120 与第二天线部的第二导电图案 1130b 在 Y 轴方向重叠规定长度，第二天线部与第三天线部的导电图案同样重叠，提升空间利用率。双重馈电：第三天线部的第四导电图案 1150 通过相邻的第二馈电点 Pb2、第三馈电点 Pb3 双重馈电，实现 2.4GHz 与 5-7GHz Wi-Fi 频段双谐振。9、扩展连接图案设计（对应图 11-12）为适配多频段需求，专利提供增强型连接图案方案，图 11-12 展示其结构：1. 四连接图案结构（图 11 侧视图）第一天线部新增第三、第四连接图案，实现低频段与中频段兼容：水平延伸：第一、第二连接图案沿 Y 轴水平延伸，端部汇聚于同一点。垂直与环形补充：第三连接图案沿 Z 轴垂直延伸，连接导电图案；第四连接图案在与 PCB 垂直的平面上形成环形（多导电线重叠），增强信号辐射稳定性。2. 正反两面立体布局（图 12）正面（图 12a）：可见第一天线部的导电图案 1110、四组连接图案（1121-1124），以及第二天线部的第二导电图案 1130b、第三天线部的第四导电图案 1150。背面（图 12b）：清晰展示第二电介质载体 1010c 上的天线图案布局，各连接图案在 X、Y、Z 轴方向的延伸关系，以及馈电点（Fal、Fb2、Fb3）的位置分布。结合上述结构设计，三大天线部实现全场景通信覆盖：第一天线部 1100a：工作在 617-960MHz 低频段（LB），可扩展至 0.96-1.4GHz 中频段（MB），作为备用天线（BUA），在车顶鲨鱼鳍天线失效时启用。第二天线部 1100b：专注于中频段（MB），与第一天线部协同提升中频段增益，形成更宽频带覆盖。第三天线部 1100c：工作在 2.4GHz 或 5-7GHz Wi-Fi 频段，满足车辆联网、娱乐等无线需求。扩展能力：通过终端部替代第二天线部时，第一天线部可覆盖至 1.7-4.5GHz 高频段（HB），实现 4G/5G 全频段兼容。这项专利通过分层布局、跨面连接、参数优化和模块化设计，既解决了金属车顶的电波遮挡问题，又实现了多频段紧凑集成，为智能网联汽车提供了高性能、低剖面的天线解决方案。注释：射频学堂原创或者转载的内容，其版权皆归原作者所有，其观点仅代表作者个人，射频学堂仅用于知识分享。如需转载或者引用，请与原作者联系。来源：射频学堂